交流调速系统概述PPT
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• 发电装机容量3.57亿千瓦，居世界第2位
2
世界能源发展趋势
• 目前全世界能源总消费量约为130亿吨标准煤,化 石能源占80%以上
• 工业国家能源消费经历由煤炭向优质能源（石油、 天然气）转变，再进一步向可再生能源过渡
• 为实现可持续发展，欧洲、日本等正大力发展风 电、太阳能、生物质能等可再生能源，每年增长 率达30%以上
这是交流调速取代直流调速提供的根本动力！！！
16
２) 难于控制，调速性能先天不足
wk.baidu.coma) 多变量耦合
AC MOTOR T=Cm×I’2×Φm×COSφ’2 T不仅与I’2×Φm有关， 还与n有关（ COSφ’2 与r’2/s有关） 有耦合关系，即多变量耦合系统
b)强非线性 T∝ I’2×Φm
c)高阶次： 至少是7阶
7
课程的性质、目的、任务
通过本课程的学习，使大家了解现代交流调速系统的技 术概况与发展趋势以及主要应用领域； ➢掌握现代交流调速系统工作原理与控制策略； ➢掌握变频器与感应电动机、变频器与同步电动机组成变频 调速系统等电力拖动系统的组成、工作原理、运行特性； ➢为今后工作和进一步深入应用和研究运动控制系统和电气 节能技术奠定坚实的理论基础。
11
历史回眸
由于这类机械均采用恒速交流电动机驱动，应生 产工艺流量的调节要求。
采用的主要调节措施有：
1）闸阀 2）挡板
3）放空 4）回流
大量电能无 谓的损耗
如果采用改变电机转速的办法来实现流量的调节，则
由于轴功率是与流量的三次方成正比的，因此，可收到十
分明显的节电效果。
12
2 直流调速系统的特点
电力工业的发展大体形成这样的格局： －99.999％的电能由同步电机发出 －60％～70％的电能通过各种电机加以利用
10
交流电机占80％左右，其中大多数为异步 电机直接拖动（人为不变速）。 在其余20％需要变速运行的高性能传动系统 中，直流电机一直占据主导地位。 直流电动机何以在早期的调速领域备受青睐? 这缘于其优异的调速性能！！
因此，有效地利用电动机，改进其运行性能，根 据需要控制电动机的转速，降低运行中的消耗，是节 省电能的一个重要手段。
18
实例分析
以大型轧机的传动系统为例，一套2050mm的热连轧 板机，精轧部分采用交流传动，比直流传动可节电1150万 kWh／年，节水30％，转动惯量减少77％，响应时间缩短 30％，设备投资节省很多，停机维修时间缩短75％。
济炭 术障 进
清合 支石
核
洁理 撑油
能
技高 体安 术效 系全
技 术
技大 术型 研水 究电 开工 发程
力先 输进 配可 系靠 统的
电
模可 化再 利生 用能 技源 术规
池氢 技能 术与
燃 料 电
5
课程的性质、目的、任务
以变频调速为代表的交流调速系统以其卓 越的调速性能、显著的节电效果在各个领域得 到广泛的应用，为节能降耗、改善控制性能、 提高产品的产量和质量提供了重要手段。
3
世界能源发展趋势（续）
B.tce
可再生能源 核能 水电 天然气 石油 煤炭
传统生物能
• 化石燃料峰值在2030左右 • 2060年左右可再生能源接近总能源消费量的一4半
我国能源科技的优先主题
加强节能 提高能效
能源科技
以煤为主 多元化发展
可再生能源和 氢能利用
高发 能展 效节 技能 术和
提
经煤 技保 先
1）调速优良，易于控制
静态性能 性能
动态性能
静差度 精度误差 调速范围（深度） 动态响应快
13
易于控制：电枢和励磁线圈可以独立调节
天然解耦：DC MOTOR Ia与Φm线性无关 是解耦的
Φm
T=Cm×Ia×Φm
Ia
数学模型简单：线性2阶＋1阶，经典控制论足 以应对
1阶：SCR整流器的数学模型
Gs()Kses 1K ss
交流机若达到直流机的调速水平，对调速器提出了极 高的要求：功率器件？微处理器？控制理论与方法？
17
节能降耗的出路
我国电网的总负荷分配：动力负荷占60％；其中异步 电动机负荷又占总负荷的85％左右。
此外，约占全国工业总用电量的1/3的各种风机、 泵、压缩机等类的电气传动系统也理所当然地成为人 们关心的主要对象。
现代交流调速系统
主讲教师：杜春水 张承慧
1
能源形势浅谈
－－电气节能任重而道远
我国能源状况，以2002年为例 • 一次能源消费量为14.8亿吨标准煤，为世界第
２大能源消费国
• 一次能源产量为13.87亿吨标准煤 ➢ 煤炭产量13.8亿吨，居世界第1位 ➢ 原油1.67亿吨，居世界第5位 ➢ 天然气产量326.6亿立方米，居世界第16位
14
２）直流电机的缺点
a）结构上存在的机械换向器和电刷 b）造价偏高 c）维护困难 ，使用环境受限 d）寿命短 e）在容量发展上受限制
这为发展交流调速技术提供的机会和需求！！！
15
３ 直流调速系统的特点
1)交流电机的优点
(1)结构简单 (2)坚固耐用
体积小 转动惯量小 价格低廉
重量轻 动态响应好
７０年代的石油危机，促使了交流调速技术的发展！
20
二、交流调速的物质基础
变频调速技术涉及到电力、电子、电 工、信息与控制等多个学科领域。随着电 力电子技术、计算机技术和自动控制技术 的发展，以变频调速为代表的近代交流调 速技术有了飞速的发展。
8
第一章 概 述
1.1交流调速系统的发展及其特点 1.2交流调速系统的物质基础与关
键技术 1.3交流调速的应用 1.4交流调速的分类 1.5同步电动机的基本概念及分类
9
一、变频调速技术的发展历史及现状
（一）变频调速技术的发展历史 1、 电气传动领域的格局 从19世纪90年代初第一条三相输电线路建成 到20世纪60年代末
风机水泵类的传动由交流恒速挡板阀门调节方案改造 成交流电机调速方案平均可节电20％，设备改造费用一般 可在1～3年内回收。
19
历史的选择
人们形象地看到了调速不仅可以提高工艺控制 性能，而且可以节约大量的能量。
因此，在世界范围内掀起的来势迅猛、经久不衰 的交流电机变频调速技术研究热潮，已经并将继续带 来巨大的经济效益和社会效益。
运动控制特别是交流调速系统是近代工业 的重要基础，是电气传动发展的主流方向。
6
课程的性质、目的、任务
《现代交流调速系统》课程为自动化专业本科 生的一门专业必修课。它以交流电机为被控对象， 以控制理论为指导，以电力电子技术为强弱电媒 介，以计算机技术和电子技术为手段，并结合检 测技术、通信技术构成一门专业性、实用性强的 课程。
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世界能源发展趋势
• 目前全世界能源总消费量约为130亿吨标准煤,化 石能源占80%以上
• 工业国家能源消费经历由煤炭向优质能源（石油、 天然气）转变，再进一步向可再生能源过渡
• 为实现可持续发展，欧洲、日本等正大力发展风 电、太阳能、生物质能等可再生能源，每年增长 率达30%以上
这是交流调速取代直流调速提供的根本动力！！！
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２) 难于控制，调速性能先天不足
wk.baidu.coma) 多变量耦合
AC MOTOR T=Cm×I’2×Φm×COSφ’2 T不仅与I’2×Φm有关， 还与n有关（ COSφ’2 与r’2/s有关） 有耦合关系，即多变量耦合系统
b)强非线性 T∝ I’2×Φm
c)高阶次： 至少是7阶
7
课程的性质、目的、任务
通过本课程的学习，使大家了解现代交流调速系统的技 术概况与发展趋势以及主要应用领域； ➢掌握现代交流调速系统工作原理与控制策略； ➢掌握变频器与感应电动机、变频器与同步电动机组成变频 调速系统等电力拖动系统的组成、工作原理、运行特性； ➢为今后工作和进一步深入应用和研究运动控制系统和电气 节能技术奠定坚实的理论基础。
11
历史回眸
由于这类机械均采用恒速交流电动机驱动，应生 产工艺流量的调节要求。
采用的主要调节措施有：
1）闸阀 2）挡板
3）放空 4）回流
大量电能无 谓的损耗
如果采用改变电机转速的办法来实现流量的调节，则
由于轴功率是与流量的三次方成正比的，因此，可收到十
分明显的节电效果。
12
2 直流调速系统的特点
电力工业的发展大体形成这样的格局： －99.999％的电能由同步电机发出 －60％～70％的电能通过各种电机加以利用
10
交流电机占80％左右，其中大多数为异步 电机直接拖动（人为不变速）。 在其余20％需要变速运行的高性能传动系统 中，直流电机一直占据主导地位。 直流电动机何以在早期的调速领域备受青睐? 这缘于其优异的调速性能！！
因此，有效地利用电动机，改进其运行性能，根 据需要控制电动机的转速，降低运行中的消耗，是节 省电能的一个重要手段。
18
实例分析
以大型轧机的传动系统为例，一套2050mm的热连轧 板机，精轧部分采用交流传动，比直流传动可节电1150万 kWh／年，节水30％，转动惯量减少77％，响应时间缩短 30％，设备投资节省很多，停机维修时间缩短75％。
济炭 术障 进
清合 支石
核
洁理 撑油
能
技高 体安 术效 系全
技 术
技大 术型 研水 究电 开工 发程
力先 输进 配可 系靠 统的
电
模可 化再 利生 用能 技源 术规
池氢 技能 术与
燃 料 电
5
课程的性质、目的、任务
以变频调速为代表的交流调速系统以其卓 越的调速性能、显著的节电效果在各个领域得 到广泛的应用，为节能降耗、改善控制性能、 提高产品的产量和质量提供了重要手段。
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世界能源发展趋势（续）
B.tce
可再生能源 核能 水电 天然气 石油 煤炭
传统生物能
• 化石燃料峰值在2030左右 • 2060年左右可再生能源接近总能源消费量的一4半
我国能源科技的优先主题
加强节能 提高能效
能源科技
以煤为主 多元化发展
可再生能源和 氢能利用
高发 能展 效节 技能 术和
提
经煤 技保 先
1）调速优良，易于控制
静态性能 性能
动态性能
静差度 精度误差 调速范围（深度） 动态响应快
13
易于控制：电枢和励磁线圈可以独立调节
天然解耦：DC MOTOR Ia与Φm线性无关 是解耦的
Φm
T=Cm×Ia×Φm
Ia
数学模型简单：线性2阶＋1阶，经典控制论足 以应对
1阶：SCR整流器的数学模型
Gs()Kses 1K ss
交流机若达到直流机的调速水平，对调速器提出了极 高的要求：功率器件？微处理器？控制理论与方法？
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节能降耗的出路
我国电网的总负荷分配：动力负荷占60％；其中异步 电动机负荷又占总负荷的85％左右。
此外，约占全国工业总用电量的1/3的各种风机、 泵、压缩机等类的电气传动系统也理所当然地成为人 们关心的主要对象。
现代交流调速系统
主讲教师：杜春水 张承慧
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能源形势浅谈
－－电气节能任重而道远
我国能源状况，以2002年为例 • 一次能源消费量为14.8亿吨标准煤，为世界第
２大能源消费国
• 一次能源产量为13.87亿吨标准煤 ➢ 煤炭产量13.8亿吨，居世界第1位 ➢ 原油1.67亿吨，居世界第5位 ➢ 天然气产量326.6亿立方米，居世界第16位
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２）直流电机的缺点
a）结构上存在的机械换向器和电刷 b）造价偏高 c）维护困难 ，使用环境受限 d）寿命短 e）在容量发展上受限制
这为发展交流调速技术提供的机会和需求！！！
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３ 直流调速系统的特点
1)交流电机的优点
(1)结构简单 (2)坚固耐用
体积小 转动惯量小 价格低廉
重量轻 动态响应好
７０年代的石油危机，促使了交流调速技术的发展！
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二、交流调速的物质基础
变频调速技术涉及到电力、电子、电 工、信息与控制等多个学科领域。随着电 力电子技术、计算机技术和自动控制技术 的发展，以变频调速为代表的近代交流调 速技术有了飞速的发展。
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第一章 概 述
1.1交流调速系统的发展及其特点 1.2交流调速系统的物质基础与关
键技术 1.3交流调速的应用 1.4交流调速的分类 1.5同步电动机的基本概念及分类
9
一、变频调速技术的发展历史及现状
（一）变频调速技术的发展历史 1、 电气传动领域的格局 从19世纪90年代初第一条三相输电线路建成 到20世纪60年代末
风机水泵类的传动由交流恒速挡板阀门调节方案改造 成交流电机调速方案平均可节电20％，设备改造费用一般 可在1～3年内回收。
19
历史的选择
人们形象地看到了调速不仅可以提高工艺控制 性能，而且可以节约大量的能量。
因此，在世界范围内掀起的来势迅猛、经久不衰 的交流电机变频调速技术研究热潮，已经并将继续带 来巨大的经济效益和社会效益。
运动控制特别是交流调速系统是近代工业 的重要基础，是电气传动发展的主流方向。
6
课程的性质、目的、任务
《现代交流调速系统》课程为自动化专业本科 生的一门专业必修课。它以交流电机为被控对象， 以控制理论为指导，以电力电子技术为强弱电媒 介，以计算机技术和电子技术为手段，并结合检 测技术、通信技术构成一门专业性、实用性强的 课程。